Cách tiếp cận từ trên xuống so với từ dưới lên trong công nghệ nano
Công nghệ nano đang thiết kế, phát triển hoặc chế tác ở quy mô nanomet (một phần tỷ mét). Kích thước đối tượng giao dịch ít nhất phải nhỏ hơn trăm nanomet trong một chiều để gọi một thứ là công nghệ nano. Có hai cách tiếp cận thiết kế trong công nghệ nano được gọi là từ trên xuống và từ dưới lên. Cả hai cách tiếp cận đều hữu ích trong các loại ứng dụng khác nhau.
Phương pháp tiếp cận từ trên xuống
Trong cách tiếp cận từ trên xuống, các vật thể có kích thước nano được tạo ra bằng cách xử lý các vật thể có kích thước lớn hơn. Chế tạo mạch tích hợp là một ví dụ cho công nghệ nano từ trên xuống. Giờ đây, nó đã được phát triển đến mức chế tạo các hệ thống cơ điện nano (NEMS), nơi các thành phần cơ học nhỏ như đòn bẩy, lò xo và các kênh chất lỏng cùng với các mạch điện tử được nhúng vào một con chip nhỏ. Nguyên liệu ban đầu trong các chế tạo này là các cấu trúc tương đối lớn như tinh thể silicon. Kỹ thuật in thạch bản là công nghệ cho phép tạo ra những con chip nhỏ như vậy và có rất nhiều loại trong số chúng như quang khắc ảnh, chùm tia điện tử và chùm tia ion.
Trong một số ứng dụng, các vật liệu ở quy mô lớn hơn được mài đến quy mô nanomet để tăng diện tích bề mặt so với tỷ lệ thể tích để có nhiều phản ứng hơn. Nano vàng, nano bạc và nano titan dioxide là những vật liệu nano được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. Quy trình sản xuất ống nano carbon sử dụng than chì trong lò hồ quang là một ví dụ khác cho công nghệ nano tiếp cận từ trên xuống.
Phương pháp tiếp cận từ dưới lên trên
Phương pháp tiếp cận từ dưới lên trong công nghệ nano đang tạo ra các cấu trúc nano lớn hơn từ các khối cấu trúc nhỏ hơn như nguyên tử và phân tử. Tự lắp ráp trong đó các cấu trúc nano mong muốn được tự lắp ráp mà không cần bất kỳ thao tác bên ngoài nào. Khi kích thước đối tượng ngày càng nhỏ hơn trong chế tạo nano, phương pháp từ dưới lên là sự bổ sung ngày càng quan trọng cho các kỹ thuật từ trên xuống.
Phương pháp tiếp cận từ dưới lên Công nghệ nano có thể được tìm thấy từ tự nhiên, nơi các hệ thống sinh học đã khai thác lực lượng hóa học để tạo ra cấu trúc cho các tế bào cần thiết cho sự sống. Các nhà khoa học và kỹ sư thực hiện nghiên cứu để bắt chước phẩm chất này của tự nhiên để tạo ra các cụm nhỏ các nguyên tử cụ thể, sau đó có thể tự lắp ráp thành các cấu trúc phức tạp hơn. Sản xuất ống nano cacbon bằng phương pháp trùng hợp có xúc tác kim loại là một ví dụ điển hình cho công nghệ nano tiếp cận từ dưới lên.
Máy và chế tạo phân tử là một khái niệm về công nghệ nano từ dưới lên được Eric Drexler giới thiệu trong cuốn sách Động cơ của sự sáng tạo năm 1987. Nó đã đưa ra những quan điểm ban đầu về cách có thể sử dụng các hệ thống cơ học quy mô nano để xây dựng các cấu trúc phân tử phức tạp.
Sự khác biệt giữa cách tiếp cận Từ trên xuống và Từ dưới lên trong công nghệ nano
1. Quy trình sản xuất bắt đầu từ các cấu trúc lớn hơn theo cách tiếp cận từ trên xuống, trong đó các khối xây dựng bắt đầu nhỏ hơn thiết kế cuối cùng trong cách tiếp cận từ dưới lên
2. Sản xuất từ dưới lên có thể tạo ra các cấu trúc có bề mặt và cạnh hoàn hảo (không nhăn và không có lỗ, v.v.) mặc dù các bề mặt và cạnh do sản xuất từ trên xuống không hoàn hảo vì chúng có nếp nhăn hoặc có lỗ.
3. Công nghệ sản xuất phương pháp tiếp cận từ dưới lên mới hơn so với sản xuất từ trên xuống và dự kiến sẽ là một giải pháp thay thế cho nó trong một số ứng dụng (ví dụ: bóng bán dẫn).
4. Các sản phẩm theo phương pháp từ dưới lên có độ chính xác cao hơn (kiểm soát nhiều hơn các kích thước vật liệu) và do đó có thể sản xuất các cấu trúc nhỏ hơn so với phương pháp từ trên xuống.
5. Trong cách tiếp cận từ trên xuống, có một lượng vật liệu bị lãng phí nhất định vì một số bộ phận bị loại bỏ khỏi cấu trúc ban đầu, tương phản với cách tiếp cận từ dưới lên mà không có bộ phận nào được loại bỏ.
